GPS惯性导航系统
GPS与惯性导航系统的组合定位方法与精度评定
GPS与惯性导航系统的组合定位方法与精度评定GPS（全球定位系统）和惯性导航系统（INS）都是现代导航领域中常用的定位技术。
然而，它们各自都存在一些限制，譬如GPS在城市峡谷地区存在信号遮挡问题，而INS则容易产生漂移误差。
为了克服这些限制，研究人员发现将GPS和INS通过组合定位方法结合使用，可以提供更准确和可靠的定位结果。
首先，我们来了解GPS定位技术。
GPS系统是由一组卫星和接收器组成的，工作原理是通过测量接收器和卫星之间的距离来确定接收器的位置。
然而，由于地面建筑物和天气条件的限制，GPS的定位精度可能受到一定的影响。
特别是在高楼大厦聚集的城市地区，建筑物会遮挡卫星信号，导致定位误差增加。
此外，恶劣天气条件如大雨、大雪等也会对GPS信号产生干扰，进一步降低了定位的准确性。
然而，惯性导航系统可以弥补GPS的不足之处。
INS由加速度计和陀螺仪等传感器组成，可以通过测量加速度和角速度来推断航向和位移。
与GPS不同，INS并不依赖于外部信号，因此不受天气和建筑物遮挡的影响。
然而，INS在使用时间越长，误差也会越来越大。
这是由于惯性传感器的漂移问题导致的。
因此，INS的定位结果并不是完全可靠的。
为了充分利用GPS和INS的优势，研究人员提出了一种组合定位方法，即将两者的定位结果进行融合。
这种方法通过使用卡尔曼滤波（Kalman Filter）算法来整合GPS和INS的信息。
卡尔曼滤波是一种数学算法，能够根据系统的动态模型和不确定性信息，进行估计和修正。
在组合定位中，卡尔曼滤波可以将GPS和INS的定位结果进行加权融合，从而得到更精确的定位值。
组合定位的过程可以简单描述为以下几个步骤：首先，根据GPS接收器的测量值，计算出当前位置的估计值。
然后，根据INS的测量值，根据运动方程和初始条件推断位置和速度的改变量。
接着，根据两种传感器的测量精度和不确定性信息，使用卡尔曼滤波算法来融合GPS和INS的定位结果。
SINSGPS组合导航系统研究
SINSGPS 组合导航系统研究近年来，随着全球定位系统（GPS）和惯性导航技术的不断发展，SINSGPS（Strapdown Inertial Navigation System and Global Positioning System）组合导航系统也随之出现并逐渐得到广泛应用。
它是一种由惯性导航系统（INS）和GPS 接收器组成的系统，将两种导航技术进行融合，以提高导航系统的精度和可靠性。
本文将介绍SINSGPS 组合导航系统的原理、应用和发展前景。
一、SINSGPS 组合导航系统原理SINSGPS 组合导航系统是一种将惯性导航系统和全球定位系统结合起来的导航方式。
该系统通过将INS 和GPS 进行融合，以提高导航系统的精度和可靠性，同时克服两种技术本身所存在的缺陷。
1、惯性导航系统惯性导航系统是一种以惯性测量装置（IMU）作为核心的导航系统，它使用加速度计和陀螺仪等设备来测量运动物体的姿态和速度，并通过积分计算出运动物体的位置。
惯性导航系统的主要优点是无需外部参考，可以连续提供导航信息。
但是，它很容易受到系统漂移的影响，导致长时间使用会产生较大的定位误差。
2、全球定位系统全球定位系统是一种由美国政府运营的卫星导航系统，可以提供全球范围内的位置、速度和时间信息。
GPS 的精度和可靠性非常高，且具有长期稳定性和持续改进的能力。
3、SINSGPS 组合导航系统SINSGPS 组合导航系统将INS 和GPS 接收器结合起来，可以将两种技术的优点互相补充，提高系统的精度和可靠性。
其基本原理是：惯性导航系统可以提供连续的位置和速度，但是受到系统漂移的影响；而GPS 可以提供准确的位置信息，但是在城市、山谷等建筑物密集的区域或者高纬度地区时，GPS 信号很容易受到干扰或者被遮挡，会导致无法定位。
所以，将这两种技术进行融合，可以克服彼此存在的缺陷。
二、SINSGPS 组合导航系统应用SINSGPS 组合导航系统具有很广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1、航空航天领域SINSGPS 组合导航系统是飞行器中最常用的导航系统之一，尤其是航空器和导弹控制系统。
GPS与惯导系统的组合导航技术
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GPS/INS
INS:
INS 不仅能够提供载体位置、速度参数,还能提 供载体的三维姿态参数,是完全自主的导航方式,在 航空、航天、航海和陆地等几乎所有领域中都得 到了广泛应用。但是,INS 难以克服的缺点是其导航 定位误差随时间累加,难以长时间独立工作。
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GPS/INS
GPS/INS组合:
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紧耦合和松耦合
优点:
1.组合结构简单，便于工程实现，便于实现容错 2.两个系统能够独立工作，使得导航系统有一定的 余度
缺点:
1. GPS 输出的位置、速度通常是与时间相关的； 2.INS 和 GPS 信息流动是单向的，INS 无法辅GPS。
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GPS/INS
紧耦合:
紧耦合模式是指利用 GPS 接收机的的原始信息来和惯 导系统组合，原始信息一般是指伪距、伪距率、载波 相位等。
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分类:
基于卡尔曼组合数据的融合方法
按照组合中滤波器的设置来分类，可以分成： 集中式的卡尔曼滤波 分布式的卡尔曼滤波 按照对系统校正方法的不同，分为: 开环校正(输出校正) 闭环校正(反馈矫正) 按照组合水平的深度不同，分为： 松耦合 紧耦合 根据卡尔曼滤波器所估计的状态不同，卡尔曼 滤波在组合导航中的应用有: 直接法 间接法
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紧耦合和松耦合
基于卡尔曼滤波的组合方式:
利用卡尔曼滤波器设计 GPS/INS 组合导航系统的方法 多种多样按照组合水平的深度不同，分为： 松耦合 紧耦合
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紧耦合和松耦合
松耦合:
松耦合模式是指直接利用 GPS 接收机输出的定位信 息与 INS 组合，它是一种 低水平的组合。位置、速 度组合是其典型代表，它 采用 GPS 和 INS 输出的位 置和速度信息的差值作为 量测值。
如何使用GPS和惯性导航系统进行导航和定位
如何使用GPS和惯性导航系统进行导航和定位导航和定位是现代社会中非常重要的技术应用，而GPS（全球定位系统）和惯性导航系统则是实现导航和定位的关键技术。
本文将介绍如何使用GPS和惯性导航系统进行导航和定位，并阐述它们在不同领域中的广泛应用。
一、GPS的原理和应用GPS是一种基于卫星的全球定位系统，通过接收来自多颗卫星的信号，计算出接收器的准确位置。
GPS系统包括卫星、接收器和控制系统三个部分。
首先，卫星是GPS系统的核心，它们旋转在地球轨道上，并向接收器发送射频信号。
接收器接收到至少三颗卫星的信号后，可以通过计算信号传播时间和卫星位置信息，得出接收器的准确位置。
其次，接收器是GPS系统的设备，通过接收卫星的信号和测量传播时间来计算定位信息。
接收器不仅能够确定位置，还可以提供速度、时间和高度等相关数据。
GPS接收器主要应用于汽车导航、航空航天、军事和户外运动等领域。
最后，控制系统是GPS系统的管理和调控中心，保证卫星运行正常、信号准确传输。
控制系统负责监测卫星的轨道和时钟，以及向卫星发送指令调整轨道和纠正时钟误差。
GPS在各个领域都有广泛的应用。
在汽车导航领域，用户可以通过安装GPS导航仪或使用手机APP等方式，实时获取自己的位置和导航路线。
在航空领域，飞行员可以使用GPS系统确定飞机的位置、航向和飞行速度。
此外，GPS还在军事、渔业、地质勘探等领域发挥着重要作用。
二、惯性导航系统的原理和应用惯性导航系统是一种基于惯性测量单元（IMU）的定位和导航技术。
IMU由加速度计和陀螺仪组成，通过测量物体的加速度和角速度，计算出物体的运动轨迹和姿态。
加速度计用来测量物体的加速度，可以判断物体是否在加速或减速，从而得知位置的改变。
陀螺仪则用来测量物体的角速度，可以判断物体的旋转情况，从而得知方向的改变。
惯性导航系统的优势在于不依赖外部信号，无需依靠地面设施或卫星信号，适用于无人机、航天器等没有稳定通信和卫星覆盖的环境。
融合定位手段
融合定位手段融合定位手段是指将多个定位技术或传感器的数据相结合，以提供更准确和可靠的位置信息。
常见的融合定位手段包括以下几种：1. GPS与惯性导航系统融合：将全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）的数据相结合，通过GPS提供的位置信息和INS提供的速度和方向信息，计算出更准确的位置。
2. GPS与地图匹配融合：将GPS定位结果与地图进行匹配，校正GPS的误差。
通过比对GPS定位结果与地图上的道路、建筑物等信息，可以实现更精确的位置估计。
3. WiFi定位与地磁定位融合：利用WiFi信号和地磁场信息，结合位置数据库和指纹库，实现室内定位。
WiFi定位通过扫描周围WiFi信号的强度和MAC 地址来估计位置，地磁定位则利用地球磁场的变化来定位。
4. 视觉与惯性导航融合：结合相机图像处理技术和惯性导航系统，实现精准的室内和室外定位。
通过从相机获取的图像中提取特征，然后使用惯性导航系统获取的运动信息来跟踪位置。
5. 蓝牙与惯性导航融合：使用蓝牙信号作为位置指纹库，通过惯性导航系统获取的加速度、角速度等信息，结合蓝牙信号强度和位置指纹库匹配来实现室内定位。
6. 声音与视频融合：将麦克风和摄像头采集的声音和图像数据融合，通过对声音和图像进行分析，可以得到更精确的位置估计。
7. 其他传感器数据的融合：除了上述的定位手段，还可以利用其他传感器数据，如加速度计、陀螺仪、磁力计、气压传感器等，进行位置估计的融合。
通过将这些数据结合起来，可以提供更为精确的位置信息。
融合定位手段的使用可以显著提高定位的准确性和可用性，特别是在信号受限或复杂环境中。
不同的融合定位手段适用于不同的应用场景，可以根据需求选择合适的方案。
需要注意的是，不同的融合定位方式在使用时需要注意数据之间的协调和一致性。
此外，融合定位方式也需要根据不同的需求进行优化和调整，进而达到更高的定位精度。
惯性导航系统如何在没有GPS的情况下定位
惯性导航系统如何在没有GPS的情况下定位惯性导航系统是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性测量单元（IMU）进行导航定位的技术。
与依赖卫星的全球定位系统（GPS）不同，惯性导航系统独立于外部信号源，可以在没有GPS信号的情况下实现定位和导航。
本文将介绍惯性导航系统在GPS不可用情况下的定位原理和应用。
一、惯性导航系统概述惯性导航系统是一种利用物体运动中的惯性原理进行导航的系统。
通常由陀螺仪和加速度计等组件构成，通过测量物体的角速度和加速度，结合初始状态的参考值，计算出物体在空间中的位置、速度和方向等导航参数。
二、惯性导航系统定位原理惯性导航系统的定位原理基于物体运动的惯性特性。
当物体运动时，陀螺仪可以测量物体的角速度，而加速度计可以测量物体的加速度。
结合初始状态的参考值，可以通过积分计算出物体相对于初始位置的运动轨迹。
同时，在运动过程中，通过不断更新采集到的角速度和加速度数据，可以对位置、速度和方向等导航参数进行连续修正。
三、惯性导航系统误差问题惯性导航系统在实际使用中存在一定的误差问题。
主要包括陀螺仪的漂移误差和加速度计的积分漂移误差。
陀螺仪的漂移误差会导致角速度的测量值逐渐偏离真实值，从而影响导航结果的准确性。
加速度计的积分漂移误差会导致位置误差的不断累积。
为了解决这些误差问题，惯性导航系统通常需要与其他导航系统（如GPS）进行组合使用，通过传感器融合技术进行自校准和误差补偿。
四、惯性导航系统应用领域惯性导航系统在很多领域都有广泛的应用，特别是在没有GPS信号或者GPS信号不稳定的环境下。
下面列举几个应用领域：1. 航空航天：惯性导航系统被广泛应用于飞机、导弹、卫星等空中航行器中，能够为飞行器提供准确的导航和姿态信息。
2. 海洋航行：惯性导航系统可以在船只、船舰等航行载体中使用，提供准确的航迹跟踪和位置定位。
3. 无人驾驶车辆：惯性导航系统在无人驾驶领域具有重要作用，可以为无人驾驶车辆提供精确的位置和姿态信息，实现自主导航和控制。
惯性导航为何GPS定位需要相对论校正
惯性导航为何GPS定位需要相对论校正导语：全球定位系统（GPS）是一种基于卫星和地面站的导航系统，它为我们提供了精确的位置和时间信息。
然而，即使是如此先进的技术，GPS在进行定位时还是需要考虑相对论校正。
本文将探讨为什么GPS 定位需要相对论校正，以及惯性导航在其中的作用。
一、GPS定位的原理GPS定位是通过衡量卫星信号在接收机和卫星之间的往返时间来确定接收机的位置。
GPS接收机接收卫星发射的不同频率的信号，并计算信号传播的时间差，然后使用这些时间差来确定接收机的位置。
然而，其精确性受到多种因素的影响。
二、GPS定位的误差来源1. 大气层延迟：卫星信号在穿过大气层时会受到延迟，导致定位误差。
2. 多径效应：信号在抵达接收机之前可能经历多次反射，导致信号的延迟和形变。
3. 时钟误差：GPS接收机和卫星之间的时钟可能存在微小的差异，导致信号传播时间的计算错误。
三、相对论校正的背景相对论是爱因斯坦提出的一种物理理论，它描述了物体之间的相对运动和引力的影响。
相对论表明，时间和空间是相互关联的，而且在高速和强引力场下会发生变形。
由于GPS卫星在轨道上高速运行并受到地球的引力影响，相对论效应会导致卫星的时间流逝速度与地球上的接收机存在微小差异。
四、影响GPS定位的相对论效应1. 时间膨胀：由于卫星在高速运动下，由地球上接收机发出的信号在返回时会受到时间膨胀的影响，导致信号传播时间的计算错误。
2. 引力红移：由于地球的引力场的影响，卫星发出的信号在返回时会经历红移，导致信号频率的计算错误。
五、相对论校正的作用相对论校正用于纠正GPS定位中的相对论误差，以提高定位的准确性。
为此，GPS卫星被配置为具有高精度的原子钟，以确保卫星和地面站的时间测量尽可能准确。
通过对相对论效应进行校正，GPS定位系统可以更精确地计算信号传播的时间差，从而提高定位的准确性。
六、惯性导航在GPS定位中的作用惯性导航是一种基于物体运动的导航方法，它通过测量物体的加速度和角度变化来确定其位置和方向。
高精度导航定位系统的原理与应用
高精度导航定位系统的原理与应用导航定位系统在现代社会中扮演着至关重要的角色。
无论是汽车导航、航空导航还是地理信息系统，都离不开高精度的导航定位。
本文将介绍高精度导航定位系统的原理和应用，探讨其在现代社会中的重要性。
一、导航定位系统的原理1. 卫星定位系统卫星定位系统是现代导航定位系统的核心。
全球定位系统（GPS）和伽利略系统（Galileo）是两种常见的卫星定位系统。
这些系统由一组卫星组成，通过与地面上的接收设备进行通信，以确定接收设备的精确位置。
卫星定位系统的原理基于三角测量原理，通过计算卫星与接收设备之间的距离差异来确定位置。
2. 惯性导航系统惯性导航系统是另一种常见的导航定位系统。
该系统中包含一组惯性测量单元（IMU），通过测量加速度和角速度来推测位置。
惯性导航系统的原理基于牛顿的第二定律，通过积分计算速度和位移。
3. 辅助定位技术除了卫星定位和惯性导航系统，还有一些辅助定位技术可以提高导航定位的精度。
这些技术包括地面基站的信号传输、地面雷达和计算机视觉等。
这些技术通常与卫星定位或惯性导航系统结合使用，以提供更准确的定位结果。
二、高精度导航定位系统的应用1. 汽车导航系统汽车导航系统是导航定位系统最常见的应用之一。
通过将卫星定位系统与地图数据结合使用，汽车导航系统可以为驾驶者提供准确的导航指引。
高精度的导航定位系统可以及时更新交通情况，帮助驾驶者选择最佳路线，减少行驶时间和燃料消耗。
2. 航空导航系统航空导航系统是航空业中不可或缺的一部分。
现代飞行器配备了先进的高精度导航定位系统，以确保飞行的安全和准确性。
这些系统可以在任何天气条件下提供准确的定位信息，并帮助飞行员进行导航和飞行。
航空导航系统的准确性对于飞行器的飞行轨迹和导航决策至关重要。
3. 地理信息系统地理信息系统（GIS）是集成卫星定位、遥感和地理数据处理技术的系统。
高精度导航定位系统为GIS提供了准确的地理定位信息。
通过将卫星图像与地图数据结合使用，GIS可以帮助各行各业进行地理分析、规划和决策。
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惯性导航系统（INS ）与全球卫星定位系统（GPS ）来源：中国自动化网 作者： 发表时间：2010-06-30 08:26:001 摘要目前飞行器所使用的导航系统，能适应全天候、全球性应用的确实不多。
传统无线电导航，如塔康（TACAN ）等，在应用上存有很多的限制和不便之处。
而为改善此缺点，一套不需要其它外来的辅助装置，就可提供所有的导航资料，让飞行员参考的惯性导航系统（Inertial Navigation System ），虽已被成功发展并广为应用，但其在系统上的微量位置误差会随飞行时间的平方成正比累积，因此长时间飞行会严重影响到导航精确度，如果没有适当的修正，位置误差在一个小时内会累积超过300米。
另一套精密的导航系统GPS ，其误差虽不会随时间改变，但GPS 并非万能，有优点，也有先天的缺陷，它在测量高机动目标时容易脱锁并且会受到外在环境及电磁干扰，再者GPS 短时间的相对误差量大于INS ，若只依靠它来做导航或控制，会造成相反效果。
所以在导航系统设计上，常搭配惯性系统来使用，正巧GPS 与INS 有互补的作用，可经过一套运算法则，将两者优点保留，去除缺点，本文即针对两种导航系统特性进行探讨，并利用卡尔曼滤波器法则完成简易测量数据关系推导，设计一套“GPS/INS 组合式导航系统”。
2 前言早期舰船航行常利用“领航方法”来决定载体的位置及方向，观察陆地突出物，来引导船身驶向某处目标。
随着飞行器的问世，初期飞行也全凭借着飞行员对当时自我方向、距离、高度及速度的感觉来控制驾驶，执行起飞、落地及飞机转场等等动作。
这种控制载体由一个地方到另一个地方其间方向与距离指示的艺术，就称之为“导航”（Navigation ）。
然而仅仅依循着人为的导航方式，在天气良好条件下或周遭存有许多明显参考目标物时，单纯凭目视来判断飞行并不困难；但如果遇上天气条件不佳、能见度差、参考目标不存在活不明显时，就得依靠飞行员的经验、技巧及运气来进行方位及位置的判别，这无形中会造成飞行员的压力，更会严重影响到飞行安全的诸多不确定因素。
因此，人们就积极开发各种导航技术，借着科技的快速发展与进步，导航的艺术也变得更多样化且精确可靠。
“导航科学”可定义为“计算并决定一个载体的位置与预先设定的目的地的方向的一种应用”。
较先进的无线电导航，如罗兰（Loran ）、超高频全向装置（VOR ）、距离测量装置（DME ）、塔康（TACAN ）及多普勒（Doppler ）等均相继被开发出来，成功有效的帮助了航行者，提供导航重要的参考依据。
然而，无线电系统毕竟尚有很多限制和不便之处，如使用距离、地物遮蔽等均可能会造成功能失效。
另外，无线电导航其基本架构是需要“基地站”发射定位无线电信号，经飞机上的“接收机”天线接收、处理及计算才能显示两点的关系，获得导航资料；只要其中一方失效或无线电传输不良，即无法进行导航工作，这对在茫茫的空中飞行是一件非常危险的事情。
因此到上个世纪50年代，美国国防部认为有必要发展一套导航系统，不需要其它外来的辅助装置，就可提供所有的导航数据资料，让飞行员参考。
就在当时，由麻省理工学院（MIT ）开发出第一套飞机使用的惯性导航系统（Inertial Navigation System ），此系统完全自我包容、为独立源、不受外界的环境影响即可测量并提供所有的导航资料，包括载体的精确位置、对地速度、姿态与航向等，提供给自动导航仪及飞行仪表（如地平仪及方位仪等）。
由于惯性导航系统的功能、尺寸大小、重量等特性远比其它导航系统要好，所以近年来INS 始终能在导航领域独占鳌头。
然而惯性导航系统所提供的位置信息，仍有少量的误差，虽然其误差变化很慢，但位置误差的累积随飞行时间的平方成正比；因此对长时间飞行的导航精确度会有所影响；如果没有适当的修正，位置误差在一小时之内会累积超过300米，所以INS 虽然是一种独立自主的工作系统，但仍有缺点，而造成误差的原因不外与加速度计及陀螺仪的品质、重力场变化、起始位置、方位输入值及安装误差等因素有关。
当然系统本身的品质，因价格的不同，仍有很大的差异。
由于INS 主要误差源为陀螺仪的角速率漂移率及加速度计的偏差，且会因时间的累积而扩大，因此若能采用某种设备，在一定时间内适当修正INS 所造成的误差，一定可以大幅度改善系统导航精确度。
到60年代，美国海军开发出一套TRANSIT导航卫星供舰船及潜艇定位使用，至今，地面许多载体仍然在使用这种较不精确的导航卫星系统。
70年代美国空军开始研究开发一种三维空间的NAVSTAR （Navigation Satellite Timing and Ranging）精确卫星导航系统；1973年美国国防导航卫星部门（DNSS）联合海军的新实验系统（TIMATION）与空军的“Program 621B”计划成果，扩大成为一种更迅速、更精确的GPS（Global Positioning System）全球卫星定位系统。
一般而言，这种全球卫星定位系统是利用观测GPS卫星广播讯号来计算接收者的位置，它的定位方式有两种：一种为虚拟距离（Pseudo-Range）观测；另一种为载波相位（Carrier Phase）观测。
利用载波相位观测来定位，虽较虚拟距离观测精确，但由于观测载波相位会面临周波脱落及相位未定值等问题，因此应用在导航方面时，定位上会有较大的技术障碍，可靠度不高。
因此，目前载波相位观测主要应用在较长时间的定点观测上，例如大地测量、地球动力学等；而在即时定位的导航上，则普遍应用虚拟距离观测。
GPS的定位过程中，其广播讯号受到许多因素的影响，如大气层折射、卫星轨道位置偏差及时钟误差等等，而会使得其定位精确度受到影响。
目前使用在 GPS广播的P码（PPS：Precise Positioning Service），由于精确度较高，因此受到严格限制，只有美国军方及特殊授权者才能使用。
C/A码的使用则没有限制（SPS：Standard Positioning Service），但其精确度较低，若 SA（Selective Availability）也被开启后，则误差会更加剧，因此对需要较高精确度的即时定位而言，便需要一套使用C/A码，但却可以大幅提高精确度的系统。
DGPS（Differential GPS）便是针对改善GPS利用电码定位的精确度而发展出来的系统，其工作方式为采用相对定位的原理，首先设定一个固定GPS参考站（Reference Station），地理位置已精密校准，再与GPS的接收机所定出的位置加以比较，即可找出该参考站的GPS定位误差，再将此误差实况广播给使用者，如此，DGPS精确度便可提高十数倍，而达到米级，然而GPS短时间内每一时刻的位置精确度还是比INS差很多。
由上可知，虽然GPS的误差变化量不随时间而变的特性优点，但GPS不适宜高机动、易造成脱锁且会受到外在环境及电磁干扰，而INS则可测量高机动目标的位置、速度、加速度及姿态且不受到外界干扰，在短时间INS的相对误差量也远小于GPS的误差量，因此INS可用于验证并修改GPS的测量结果，所以综合GPS/INS的导航系统是一种较佳的选择，它可获取高精度与高可靠的导航信息，此外，组合式GPS/INS导航系统在滤波器选用方面，基本是采用卡尔曼滤波器法则，因为它简单可靠，已被普遍应用在GPS/INS导航系统中。
3 INS/GPS基本原理3.1 惯性导航系统（INS）基本原理3.1.1 INS原理INS一般结构分为环架式及捷联式两种。
在环架式系统中，加速度及陀螺仪均置放于参考平台上，使传感器与载体之间转动能够独立，才能在稳定坐标系统中维持其测量及导航的运算。
可能的导航坐标系统包含球心惯性系统（ECI-Earth Centered Inertial）、球心固定坐标（ECEF）、ED（North-East-Down）坐标系统及含Wander角的坐标系统等。
环架式系统比较精确，而且容易校正（不需执行坐标转换，利用地球重力场可自动对北校正），但是其结构比较大、重、成本高且可靠性差。
至于捷联式系统，传感器是固定在载机上，对运动物体的加速度及速率测量上采用坐标转换以便能在惯性系统中完成导航运算。
此种方式可运用于高机动的情况下，尤其是在新型的高品质陀螺仪与加速度计出现后，捷联式惯性系统将因成本及可靠性的改善，而变成主要的装置。
有关捷联式结构定义如下：捷联式与传统环架式最大不同点，主要在于惯性导航设备如陀螺仪及加速度计等是直接安装于载体上，而不是安装于参考平台上。
更进一步来看，载机上导航计算机能在对陀螺仪的信号持续追踪相对于预定参考惯性轴的载机姿态。
结果，由于计算机能提供必要的坐标转换，使加速度计输出于计算机计算参考轴一致，换言之，转换在计算机内以分析性的方式完成，所以在传统系统中，惯性参考平台将可以以下列二种功能来取代，即：1）在陀螺仪输出基准上建立姿态惯性轴；2）把加速度计输出经坐标转换成惯性坐标变量。
3）由于捷联式结构可以直接提供载机相关信号，所以在传统系统中常用的一些装置等均可省略。
在INS系统内，对于系统精确度及特性的评估，一般而言均存在有大量的误差源，例如：陀螺仪及加速度计相关的误差，基本上包含静态g灵敏度偏差及漂移量，尺寸因素误差，错排误差机随机误差等。
额外的误差则来自于导航解算的校正、起始及排列转换，不准度计算等。
在没有补偿情况下，所有INS误差会随时间而改变，而一些误差（如位置等）则会随时间增加而发散，其它则会受到限制而产生震荡。
因此INS的精确度与传感器品质、导航系统机构及载机动态等等有很大的关系。
INS基本上允许独立自主操作。
在误差特性上，由于大多数需要高精确度，所以可以使用外加辅助装置来降低INS误差。
一台具有辅助装置的INS会使用来自于一些辅助装置（如追踪雷达、GPS、TECOM等）的数据，再配合导航卡尔曼滤波器，以改进导航数据的精确度。
3.2 全球卫星定位系统（GPS）基本原理卫星环绕地球运行，不管它是椭圆形轨道、圆形轨道或是同步轨道，它始终以一定周期，周而复始的飞驰。
若没有干扰因素（例如：月亮与太阳引力、地球重力不均匀、空气分子阻力等），那么卫星的轨道固定不变，也就是它与地球维持一定的关系，因此，我们可以很准确的计算出，在什么时候，它在何处，什么时段通过哪些区域。
既然它的运行很精确，地球上的人们就可以拿它做导航依据，通过无线电，发射它相对于地球坐标的位置资料，飞行器接收机与地球、卫星构成三点关系，形成封闭三角形。
其中，卫星与地心的距离为已知，如果我们能测量出飞行器与卫星的直线距离，则飞行器对地球的坐标关系，就可反推算出来，获得定位导航资料，此为“卫星导航”的基本概念，事实上，“卫星导航”方法，源自于古老人们以观测天体星相决定位置，自然演变而来。